4.14 砂石桩复合地基

    砂石桩用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地基，主要靠桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围土的密度增大，从而使地基的承载能力提高，压缩性降低。国内外的实际工程经验证明砂石桩法处理砂土及填土地基效果显著，并已得到广泛应用。砂石桩处理可液化地基的有效性已为国内外不少实际地震和试验研究成果所证实。

    砂石桩法用于处理软土地基，国内外也有较多的工程实例。但应注意由于软黏土含水量高、透水性差，砂石桩很难发挥挤密效用，其主要作用是部分置换并与软黏土构成复合地基，同时加速软土的排水固结，从而增大地基土的强度，提高软基的承载力。在软黏土中应用砂石桩法有成功的经验，也有失败的教训。因而不少人对砂石桩处理软黏土持有疑义，认为黏土透水性差，特别是灵敏度高的土在成桩过程中，土中产生的孔隙水压力不能迅速消散。同时天然结构受到扰动将导致其抗剪强度降低，如置换率不够高是很难获得可靠的处理效果的。此外，认为如不经过预压，处理后地基仍将发生较大的沉降，对沉降要求严格的建筑结构难以满足允许的沉降要求。所以，用砂石桩处理饱和软黏土地基，应按建筑结构的具体条件区别对待，最好是通过现场试验后再确定是否采用。通常认为，在饱和黏土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。

4.14.1  不同的施工机具及施工工艺用于处理不同的地层会有不同的处理效果，施工前在现场的成桩试验具有重要的意义。通过工艺性试成桩可以确定施工技术参数，数量不应少于2根。

4.14.2  砂石桩的施工应选用与处理深度相适应的机械。可用的砂石桩施工机械类型很多，除专用机械外还可利用一般的打桩机改装。砂石桩机械主要可分为两类，即振动式砂石桩机和锤击式砂石桩机。此外，也有用振捣器或叶片状加密机，但应用较少。

    用垂直上下振动的机械施工的称为振动沉管成桩法，用锤击式机械施工成桩的称为锤击沉管成桩法，锤击沉管成桩法的处理深度可达10m。砂石桩机通常包括桩机架、桩管及桩尖、提升装置、挤密装置(振动锤或冲击锤)、上料设备及检测装置等部分。为了使砂有效地排出或使桩管容易打入，高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置，同时配有自动记录桩管贯入深度、提升量、压入量、管内砂位置及变化(灌砂及排砂量)的装置，以及电机电流变化等检测装置。国外有的设备还装有微机，根据地层阻力的变化自动控制灌砂量并保证沿深度均匀挤密全面达到设计标准。

4.14.3  振动沉管法成桩施工步骤如下：

    (1)移动桩机及导向架，把桩管及桩尖对准桩位；

    (2)启动振动锤，把桩管下到预定的深度；

    (3)向桩管内投入规定数量的砂料(根据施工试验的经验，为了提高施工效率，装砂也可在桩管下到便于装料的位置时进行)；

    (4)把桩管提升一定的高度(下砂顺利时提升高度不大于1m～2m)，提升时桩尖自动打开，桩管内的砂料流入孔内；

    (5)降落桩管，利用振动及桩尖的挤压作用使砂密实；

    (6)重复4、5两工序，桩管上下运动，砂料不断补充，砂石桩不断增高；

    (7)桩管提至地面，砂石桩完成。

    振动沉管法按单打法施工时，拔管时宜先振动5s～10s后拔管，边振边拔，每拔高0.5m～1.0m停振5s～10s，然后再拔管0.5m～1.0m，如此反复直至全管拔出；按反插法施工时，应先振动后拔管，每拔高0.5m～1.0m，反插0.3m～0.5m停振，拔管过程中应分段添加砂石料。

    施工中，电机工作电流的变化反映挤密程度及效率。电流达到恒定不变值时，继续挤压将不会产生挤密效能。施工中不可能及时进行效果检测，因此按成桩过程的各项参数对施工进行控制是重要的环节，应予以重视，有关记录是质量检验的重要资料。

    锤击法施工有单管法和双管法两种，但单管法难以发挥挤密作用，故宜用双管法。

    双管法的施工根据具体条件选定施工设备，也可临时组配。其施工成桩过程如下：

    (1)将内外管安放在预定的桩位上，将用作桩塞的砂投入外管底部；

    (2)以内管做锤冲击砂塞，依靠摩擦力将外管打入预定深度；

    (3)固定外管将砂塞压入土中；

    (4)提内管并向外管内投入砂料；

    (5)边提外管边用内管将管内砂冲出挤压土层；

    (6)重复4、5步骤；

    (7)待外管拔出地面，砂石桩完成。

    此法优点是砂的压入量可随意调节，施工灵活，特别适合小规模工程。

4.14.4  以挤密为主的砂石桩施工时，应间隔(跳打)进行，并宜由外侧向中间推进；对黏性土地基，砂石桩主要起置换作用，为了保证设计的置换率，宜从中间向外围或隔排施工；在既有建(构)筑物邻近施工时，为了减少对邻近既有建(构)筑物的振动影响，应背离建(构)筑物方向进行。

4.14.6  砂石桩填料用量大并有一定的技术规格要求，填料中最大颗粒尺寸的限制取决于桩管直径和桩尖的构造，以能顺利出料为宜。考虑有利于排水，同时保证具有较高的强度，砂石桩用料中小于0.005mm的颗粒含量(即含泥量)不应大于5％。

    砂石桩施工完成后，当设计或施工投砂量不足时地面会下沉；当投料过多时地面会隆起，同时表层0.5m～1.0m常呈松软状态。如遇到地面隆起过高也说明填砂量不适当。实际观测资料证明，砂在达到密实状态后进一步承受挤压又会变松，从而降低处理效果，遇到这种情况应注意适当减少填砂量。

    施工场地土层可能不均匀，土质多变，处理效果不能直接看到，也不能立即测出。为了保证施工质量，使在土层变化的条件下施工质量也能达到标准，应在施工中进行详细的观测和记录。观测内容包括桩管下沉随时间的变化、灌砂量预定数量与实际数量、桩管提升和挤压的全过程(提升、挤压、砂石桩高度的形成随时间的变化)等。从有自动检测记录仪器的砂石桩机施工中可以直接获得有关的资料，无此设备时需由专人测读记录。根据桩管下沉时间曲线可以估计土层的松软变化，随时掌握投料数量。

    拔管不能过快，以免形成中断、缩颈而造成事故，影响桩的密实度。

4.14.8  砂石桩桩顶施工时，由于上覆压力较小，因而对桩体的约束力较小，桩顶形成一个松散层。加载前应加以处理(挖除或碾压)才能减少沉降量，有效地发挥复合地基作用。

4.14.9  本条规定了砂石桩复合地基施工检测要求。

    1  砂石桩施工的沉管时间、各深度段的填砂石量、提升及挤压时间等是施工控制的重要手段，这一资料本身就可以作为评估施工质量的重要依据，再结合抽检便可以较准确地作出质量评价。

    2  由于在制桩过程中原状土的结构受到不同程度的扰动，强度会有所降低，饱和黏性土地基在其周围一定范围内，土的孔隙水压力上升。待静置一段时间后，孔隙水压力会消散，强度会逐渐恢复，恢复期的长短是根据土的性质而定。原则上应待孔压消散后进行检验。黏性土孔隙水压力的消散需要的时间较长，砂土则很快，根据实际工程经验规定对饱和黏性土为28d，粉土、砂土和杂填土可适当减少。对非饱和土不存在此问题，一般在桩施工后3d～5d即可进行。